Elektrifikācija un enerģijas optimizācija

Būvniecības nozare ir viens no lielākajiem enerģijas patērētājiem pasaulē, jo ēku ekspluatācija veido 30 % no enerģijas galapatēriņa. Aptuveni 40 % no šīs enerģijas tiek izmantoti apkurei, ventilācijai un gaisa kondicionēšanai, bet pārējā daļa — apgaismojumam, iekārtām, liftiem, eskalatoriem un citiem mērķiem. 2022. gadā ēku ekspluatācija veidoja 27 % no globālajām CO₂ emisijām, proti, 9,8 Gt CO₂ ^(8). Lai piesaistītu tik daudz CO₂ emisiju, mums būtu nepieciešams mežs, kas aptuveni aizņem visu Ķīnas teritoriju.

Labā ziņa ir tā, ka ēkas pāriet uz atjaunojamiem energoresursiem un elektroenerģiju kā enerģijas avotu, kas ļauj ilgtermiņā novērst oglekļa dioksīda emisijas, ja elektroenerģijas ražošana ir pilnībā dekarbonizēta. Sliktā ziņa ir tā, ka absolūtos skaitļos degizrakteņu kurināmā izmantošana ēkās kopš 2010.°gada ir pieaugusi vidēji par 0,5°% gadā ^(8). Galvenais šā pieauguma virzītājspēks ir globālais telpu platības pieaugums, kas ir palielinājies straujāk, nekā samazinājusies energointensitāte (enerģijas patēriņš uz vienu telpu platību). Vēl viens virzītājspēks ir plašāka telpu dzesēšanas izmantošana. Enerģijas patēriņš telpu dzesēšanai kopš 1990. gada ir vairāk nekā trīskāršojies. Turklāt pastāv arī pastiprinošs efekts, jo līdz 2030. gadam vairāk nekā puse no telpu platības pieauguma notiks vietās, kur ir liela vajadzība pēc telpu dzesēšanas. Šī tendence turpināsies. Paredzams, ka līdz 2030. gadam globālā telpas platība palielināsies par aptuveni 15 %, kas ir līdzvērtīgi visai Ziemeļamerikas apbūvētajai platībai ⁽⁹⁾. Lai panāktu atbilstību Starptautiskās Enerģētikas aģentūras (SEA) izstrādātajam „nulles” scenārijam, ir jāturpina dekarbonizēt ēkās izmantotos kurināmos un jāsamazina energointensitāte.

Ēku kurināmā dekarbonizācijai un energointensitātes samazināšanai būs jāoptimizē siltumenerģijas ražošana ēkās: reģenerācija, uzglabāšana un patēriņš.

Siltumenerģijas ražošanas optimizācija apkurei nozīmē pāreju no sistēmām, kurās izmanto degizrakteņu kurināmo, uz siltumsūkņiem, ko darbina ar atjaunojamo elektroenerģiju. Saskaņā ar SEA datiem, līdz 2030. gadam trīskāršojot siltumsūkņu skaitu pasaulē, CO₂ emisijas varētu samazināt par 500 Mt gadā ⁽¹⁰⁾. Tomēr lielākajā daļā siltumsūkņu mūsdienās tiek izmantoti fluorogļūdeņraža aukstumnesēji ar augstu globālās sasilšanas potenciālu (GSP). Bez iejaukšanās 2030. gada siltumsūkņu krājumi varētu emitēt 740 Mt CO₂ ekvivalenta ⁽¹⁰⁾. Risinājumi ietver pāreju uz fluorogļūdeņražiem ar zemāku globālās sasilšanas potenciālu, ogļūdeņražiem vai citiem dabīgiem aukstumaģentiem. Tomēr fluorogļūdeņražiem nepieciešami turpmāki pētījumi toksicitātes un atmosfēras sadalīšanās jomā, un ogļūdeņražiem nepieciešami papildu drošības pasākumi attiecībā uz uzliesmojamību. Paredzams, ka līdz 2050. gadam pieprasījums pēc dzesēšanas vairāk nekā trīskāršosies pielāgošanās klimata pārmaiņām dēļ ⁽⁷⁾. Lai mazinātu ar to saistīto energointensitātes pieaugumu, būs jāuzlabo dzesēšanas sistēmu efektivitāte un plašāk jāizmanto pasīvās dzesēšanas risinājumi. Turklāt uz vietas ražotā fotoelektriskā elektroenerģija un krātuve var palīdzēt dekarbonizēt enerģijas intensitātes pieaugumu, ko rada dzesēšana.

Vēl viens veids, kā dekarbonizēt ēku kurināmā struktūru, ir atgūt un pārdalīt izlietoto siltumu. Arvien biežāk lieko siltumu no sadzīves atkritumu rūpnīcām, datu centriem, metro tuneļiem, rūpniecības objektiem, elektrolizatoriem vai atomelektrostacijām paredzēts savākt un pārdalīt, izmantojot centralizētās siltumapgādes tīklus. Paredzams, ka, pateicoties siltumsūkņu tehnoloģijas ieviešanai, enerģētiskie tīkli arī iegūs popularitāti. Enerģijas tīkli pārnes siltumenerģiju starp ēkām apkārtējās vides temperatūrā (10–25 °C [50–77 °F]), samazinot siltuma zudumus.

Siltumsūkņi un izlietotā siltuma izmantošana arī veicinās siltumakumulatoru (jeb termoakumulatoru) plašāku izmantošanu, kas kalpo kā efektīvs veids, kā līdzsvarot enerģijas piegādi un pieprasījumu. Siltumsūkņi var pārveidot no atjaunojamiem avotiem, piemēram, vēja vai saules fotoelektriskajām enerģijām, pārpalikušo elektroenerģiju siltumenerģijā, ja elektroenerģijas ir daudz un elektroenerģijas cenas ir zemas ^(10). Savukārt rūpniecisko procesu vai datu centru radīto siltuma pārpalikumu var uzglabāt vēlākam patēriņam, novēršot enerģijas neizmantotu izkliedi vidē. Siltumenerģijas uzglabāšana ir arī ļoti efektīva, sasniedzot 90–98 % efektivitāti vairāku dienu uzglabāšanai un 70–80 % sezonas uzglabāšanai.

Tomēr viens no visefektīvākajiem un rentablākajiem veidiem, kā samazināt ēku energointensitāti, ir plašāka ēku automatizācijas un vadības sistēmu (BACS) izmantošana. Tas jo īpaši attiecas uz ēku fondu, no kura lielākā daļa ir jāatjauno. Piemēram, ES 97 % ēku tiek uzskatītas par energoneefektīvām ^(12). Standartā ISO 52120-1 ir uzsvērts, ka, pārejot no standarta BACS (C klase) uz augstas energoefektivitātes BACS (A klase), var ietaupīt līdz pat 40 % enerģijas. Šādai modernizācijai bieži vien ir nepieciešamas minimālas izmaiņas, piemēram, dinamisko hidronikas balansēšanas vārstu, mainīga ūdens plūsmas režīma sistēmu, pēc pieprasījuma regulējamas gaisa plūsmas vai modulējošu telpu vadības ierīču ar telpu aizņemtības noteikšanu pievienošana. Ņemot vērā tās lielo ietekmi un zemās izmaksas, ir paredzams, ka uzlaboto BACS ieviešana kļūs arvien straujāka, jo īpaši tāpēc, ka pašreizējais modernizācijas rādītājs, kas ir 1,0 % gadā, nesasniedz 2,5 %, kas vajadzīgi, lai līdz 2050. gadam sasniegtu nulles oglekļa dioksīda emisiju ⁽¹³⁾.